Fiche de révision : Images par lentille convergente

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques de la lentille convergente
2. Construction géométrique de l’image
3. Relations optiques et grandissement
4. Applications selon la position de l’objet
5. Mesure expérimentale de la focale
6. Exercices d’application numérique

📖 1. Caractéristiques de la lentille convergente

🔑 Notions clés & Définitions

• Centre optique O : Point central de la lentille, situé sur l’axe optique, par lequel tout rayon passe sans déviation.
• Distance focale : Distance algébrique entre le centre optique O et le foyer image F', positive pour une lentille convergente.
• Foyer image F' : Point où convergent les rayons incidents parallèles à l’axe optique après traversée de la lentille.

📖 2. Construction géométrique de l’image

★ À maîtriser

• La construction géométrique de l’image utilise trois rayons incidents particuliers issus d’un point de l’objet, dont l’intersection détermine la position de l’image.

Compléments

📌 Deux rayons principaux suffisent pour localiser l’image, car celle-ci se trouve à leur intersection, tandis que le troisième rayon permet de vérifier la construction.

💡 Astuce mémo

O non dévié, parallèle vers F', F vers parallèle

📖 3. Relations optiques et grandissement

📝 Points essentiels

📐 Formule — La relation de conjugaison relie les positions algébriques de l’objet et de l’image par $\frac{1}{\overline{OA'}}-\frac{1}{\overline{OA}}=\frac{1}{f'}$.

📐 Formule — Le grandissement vérifie $\gamma=-\frac{\overline{OA'}}{\overline{OA}}=\frac{\overline{A'B'}}{\overline{AB}}$ et caractérise le rapport de taille entre l’image et l’objet.

📐 Formule — La convergence d’une lentille est l’inverse de sa distance focale exprimée en mètres, selon $C=\frac{1}{f'}$, et s’exprime en dioptries.

📖 4. Applications selon la position de l’objet

★ À maîtriser

📌 Une image réelle se forme effectivement après la lentille et peut être projetée sur un écran, tandis qu’une image virtuelle semble se former avant la lentille et ne peut être observée que par l’œil à travers la lentille.

• Une loupe utilise un objet placé entre F et O et forme une image virtuelle agrandie et droite.

• Un projecteur utilise un objet placé entre F et 2F et forme une image réelle agrandie et renversée.

Compléments

• Un appareil photo reçoit un objet éloigné et forme une image réelle réduite et renversée.

💡 Astuce mémo

Loupe virtuelle et droite ; projecteur réel et renversé

📖 5. Mesure expérimentale de la focale

🔑 Notions clés & Définitions

• Incertitude de mesure : Intervalle dans lequel se trouve la valeur vraie d'une grandeur mesurée, tenant compte des imprécisions expérimentales.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le protocole de mesure consiste à:
  1. Placer la lentille sur le banc optique
  2. Positionner un objet lumineux à différentes distances
  3. Déplacer l’écran jusqu’à obtenir une image nette
  4. Relever les positions sur les graduations
  5. Appliquer la relation de conjugaison pour calculer f'
  6. Estimer l’incertitude sur chaque mesure

💡 Astuce mémo

Placer, positionner, déplacer, relever, calculer, estimer

📖 6. Exercices d’application numérique

★ À maîtriser

• Pour un objet de hauteur 2 cm placé à 30 cm d’une lentille de distance focale 20 cm, l’image se forme à 60 cm, possède une hauteur de 4 cm et est renversée.

Compléments

• Pour photographier un paysage très éloigné avec une lentille de focale 5 cm, l’image se forme au foyer image, à 5 cm derrière la lentille.

• Avec une distance objet de −40 cm et une distance image de 60 cm, la distance focale calculée par la relation de conjugaison vaut 24 cm.

📊 Tableaux de synthèse

Images réelle et virtuelle